Energieholzanbau aus Sicht des Umwelt- und Naturschutzes ... · Göttinger Bodeninitiative (GBI)...
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Energieholzanbau aus Sicht des Umwelt-
und Naturschutzes
– zentrale Ergebnisse einer Studie
N. Lamersdorf
Büsgen-Institut
Abt. Ökopedologie der gemäßigten Zonen
Georg-August-Universität
Göttingen
&
Göttinger Bodeninitiative (GBI) e.V.
Pappelanbauten am Georgenhof inNordhessenNABU / Berlin, 12.11.2008
Gliederung
• Chancen und Risiken von Energieholzanbauten /
Kurzumtriebsplantagen (KUP)
Bodenbearbeitung
Dünge- und Spritzmitteleinsatz
Wasserschutz
Klimaschutz
Kohlenstoffbindung
Pflanzenvielfalt
Erhöhter Wasserverbrauch
Erhöhte CO2-Freisetzung
Landschaftsökologie & Bewertung
• Schlussfolgerungen
Foto: C. Knust
Fotos: C. Knust
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Ökologische Chancen von KUP
- Wasserschutz
- Klimaschutz
- C-Speicherung
- Vielfalt (Struktur und Arten)
• Extensivierung (Vergleich zu konventionellem Ackerbau)
• Förderung von:
Fotos: M. Hofmann / Dohrenbusch
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Extensivierung der Bodenbearbeitung
Foto: M. Hofmann / HERO
• Nur ein einmaliges Pflügen / Eggen zur Vorbereitung der Pflanzmaßnahmen,
• danach i.d.R. nur Mulchen, nur im 1. Jahr nach der Anpflanzung
Foto: M. Hofmann / HERO Foto: M. Hofmann / HERO
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Extensivierung des Düngemitteleinsatzes
Kalzium (Ca) 8-30 > 1000 (austauschbar)
Kalium (K) 4-20 150-400 (austauschbar)
Stickstoff (N) 5-15 10-30 (Nmin)
Phosphor (P) 1-4 > 1000 (P-gesamt)
Magnesium (Mg) 1-3 100-200 (austauschbar)
*(aus Röhricht und Ruscher, 2004 und Knust, 2007)
N-Entzug bei Körnermais, geerntet als Ganzpflanze: ca. 100 -150 kg pro ha und Jahr
Nährstoffentzug* (netto) Bodenvorräte (Oberboden)
[kg/ha/a, gerundet] [kg/ha, gerundet]
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Extensivierung des Spritzmitteleinsatzes
• i.d.R. nur einmalig als Total- oder Vorlaufherbizid zur Flächenvorbereitung
• keine Folgebehandlungen nötig
• i.d.R. hohes Regenerationsvermögen von Pappel und Weide nach Schädlingsbefall
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Wasserschutz / N-Bindung (1)
aus Jug et al., 1999
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Wasserschutz / N-Bindung (2)
aus Jug et al., 1999
Beispielstandort Sudheide / Ldkr. Gütersloh
Flächenneuanlage im Frühjahr 2007
Pleistozäne Sande
Podsol-Braunerden
Vornutzung Mais / Wechselgrünland
Trinkwasserschutzzone II
Beispielstandort Sudheide / Ldkr. Gütersloh
Nitrat im Sickerwasser
(70 cm Bodentiefe)
NO3
Messzeitraum: Jan.- Juli 2008
(aus Stoll und Dohrenbusch, 2008)
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Klimaschutz / CO2-Vermeidung
CO2äq-Vermeidung pro Hektar und CO2äq-Vermeidungskosten
Quelle: WBA (2007); BG = Biogas, H = Heizung, Hack = Hackschnitzel aus KUP; HKW = Heizkraftwerk
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Klimaschutz / Minderung der N2O-Emission
Brache (10 Jahre / vergrast) 2,53
Raps 2,30
Eiche 0,96
Pappel (10 Jahre) 0,48
Pappel (5 Jahre + 100 kg N) 0,46
Pappel (5 Jahre) 0,21
aus Flessa et al. (1998) und Teepe (1999)
[ kg N2O-N ha-1 a-1 ]
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Förderung der C-Speicherung
Abschätzung (!):
Eintrag über Blattstreu (TM) = 4-6 t ha-1 a-1 (ca. 50 % C)
Eintrag an C = 3 t (1/3 Speicherung, 2/3 CO2 Verlust)
C-Speicherung = 1 t ha-1 a-1
x 10 Jahre = 10 t C ha-1
= + 30 % der im Oberboden vorhandenen C-Vorräte
Literaturdaten = + 32 - 41 % C in 6 Jahren (Kahle und Hildebrandt 2006)
= 0 - + 20 % nach 7-9 Jahren (Jug et al., 1999)
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Förderung der Vielfalt
Tierartenvielfalt Vortrag U. Schulz
Foto: P. Burgess / GB www.agroforestry.ac.uk
Förderung der Pflanzenvielfalt
Ergebnisse aus dem laufenden DBU-Projekt NOVALIS
Zur naturverträglichen Produktion von
Energieholz in der
Landwirtschaft
Sep.2006 – Aug.2009
KoordinationForschungszentrum Waldökosysteme der
Universität Göttingen
Teilprojekt „Phytodiversität“(Arbeitgruppe A. Bolte / F. Kroiher / J. Bielefeld, vTI, Eberswalde)
Pappelanbauten am Untersuchungsstandort Georgenhof, Nordhessen
Anlage 1996/97 (Hofmann, 2005)
Extensivierung des Ackerbaus seit 1992
Löss über mittlerem Buntsandstein (sm1, Tonsandstein)
Ranker / Braunerde-Parabraunerde / Pseudogley
Nachbarökosysteme zeigen vergleichbare oder geringere
Pflanzenartenzahlen.
y = 0,6292x0,5066
R2 = 0,99
0
20
40
60
80
100
120
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
m² Flächengröße
Art
en
an
za
hl
kumulative Artenzahl
absolute Artenzahl
Grün-
land
Weg WaldPappel-
agrarholz-
fläche
Landnutzung der
Umgebung
Fläche Georgenhof
Die Faktoren „Wüchsigkeit“ und „Flächengröße“ bestimmen die
Artenvielfalt.
Flächen Georgenhof
y = 1,1699x0,4532
R2 = 0,98
y = 0,2994x0,5107
R2 = 0,97
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
m² Flächengröße
Art
en
an
za
hl G
efä
ßp
fla
nze
n
Klon - Max 4 (gering wüchsig)
Klon - Hybrid 275 (rasch wüchsig)
Schlussfolgerungen Pflanzenvielfalt.
Ökologische Risiken von KUP
Foto: Walotek
• Verlust an Artenvielfalt (Vergleich Brache) Vortrag U. Schulz
• Erhöhter Wasserverbrauch Beispiel 1
• Erhöhte CO2-Freisetzung durch
Umbruch / Rückwandlung Beispiel 2
• Lokale Bodenverdichtung
• Einbringung standortsfremder Arten
• Vereinheitlichung des Landschaftsbildes (Monokultureffekt)
Bereich Landschaftsökologie & Bewertung
Beispiel 1: Erhöhter Wasserverbrauch
Foto: Walotek
Wasserbilanz / Pappel*
[mm a-1]
3-jährig 9-jährig
Freilandniederschlag = 586 591
Interzeptionsverdunstung = 118 (20%) 172 (29%)
Evapotranspiration = 351(60%) 360 (61%)
Versickerung = 117 (20%) 59 (10%)
benachbarte Feldfrüchte = 215 (37%)
*(nach Knur et al., 2007, Projekt DENDROM, Standort Neuruppin, Mittel LS/CS)
Vergleich Ackerbau: KUP reduzieren signifikant die Grundwasserneubildungsrate
Beispiel 2: Erhöhte CO2-Freisetzung
Foto: Walotek
Foto: Vetter / TLLFoto: M. Hofmann / HERO Foto: NOVALIS / Gütersloh
Flächenvorbereitung Stockrodung
CO2-Freisetzung nach Umbruch von Grünland = 12,6 t Corg / ha (Jug et al., 1999)
Fotos: C. Knust
Landschaftsökologie & BewertungG. Busch Göttingen
Herangehensweise
• Identifikation von „Wirkkomplexen“ (Zusammenspiel abiotischer und biotischer Prozesse)
• Identifikation von „Wirkfaktoren“ (Einflussfaktoren aus Standort und Bewirtschaftung)
• Verknüpfung von: Wirkkomplexen & Wirkfaktoren
Wirkkomplexen & Landschaftsfunktionen (Leistungsfähigkeit derLandschaft)
• Bewertung (Risiken & Optionen )
Landschaftsökologie & Bewertung
KUP - spezifische „Wirkkomplexe“
• Grundwasserneubildung
• Retention von Niederschlägen
• Bodenerosion (Wind und Wasser)
• Veränderung des Humusgehalts
• Bodenverdichtung
• Eintrag von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln
• Klimatischer Ausgleich und Luftreinhaltung
• Veränderung von Lebensräumen
• Veränderung des Landschaftsbildes
Identifikation von „Wirkfaktoren“ und Verknüpfung mit „Wirkkomplexen“
(Auszug / Studie Tab. 7, S. 50)
Wirkkomplexe
Verknüpfung von „Wirkkomplexen“ mit Landschaftsfunktionen
(Auszug / Studie Tab 8a, S. 51)
Wirkkomplexe
Lan
dsch
aft
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e B
ew
ert
un
g
(Stu
die
Tab 8
b, S
. 52)
Landschaftsfunktionen Potenzielle Risiken Potenzielle Optionen
Grundwasserdargebot
Besonders in Gebieten mit geringenJahresniederschlägen (<600 mm) und Böden mit
geringer Wasserspeicherkapazität kann Grundwasserzehrung durch hohe Verdunstung
auftretenGrundwasserabsenkung durch dauerhafte
GrundwasserzehrungIndirekte Folgewirkung auf das lokale und
regionale Klima durch hohe Verdunstung undVeränderung des Grundwasserdargebots
(Lokale Verdichtung durch Maschineneinsatz undHerabsetzen der Versickerung)
Dränwirkung in Gebieten mit hohem Grundwasserstandund landwirtschaftlicher Nutzung
Grundwasserschutz
Bei vorheriger Grünlandnutzung initiale Belastung
mit Nitrat möglichDurch Herbizideinsatz bei der Kulturvorbereitung
ist eine Belastung möglich (im Vergleich zur landwirtschaftlichen Nutzung aber deutlich reduzierte
Bearbeitungsfrequenz)
Reduzierung von Düngemittel- und Pestizid-Eintrag.Phytoremediation von Schadstoffen
Als Retentionsstreifen bieten KUP Schutz vor Schadstoff-und Substrateintrag in Grund- und Oberflächenwasser
Erosionsschutz
Gefahr der Verdichtung durch schwerenMaschineneinsatz (im Vergleich zur
landwirtschaftlichen Nutzung aber deutlich reduzierteBearbeitungsintensität und -frequenz)
Ganzjährige FlächenbedeckungHumusaufbau und Durchwurzelung reduzieren die
Erosion
Durch Anlage von Schutzstreifen kann die Erosion aufAckerflächen reduziert werden
Abflussregulation
Hohe Verdunstung und die Vegetationsstruktur verringernden Oberflächenabfluss, erhöhen die
Bodenwasserspeicherkapazität in den Sommermonatenund können Abflussspitzen reduzieren.
Gezielte Anlage auf Flächen mit hoher Sensitivität für die Abflussregulation kann den Effekt steigern
Lebensraum
Gefährdung von Offenlandarten
Gefährdung von Feuchtbiotopen
Konkurrenz zu naturschutzfachlich wertvollen,extensiven Nutzungen (Grünland)
Pufferfunktion zu geschützten Biotopen
Verbindungselement zu ökologischen AusgleichsflächenErhöhung der Artenvielfalt in intensiv genutzten
Agrarlandschaften oder bei ausgeprägtemAltersklassenmanagement mit Randstrukturen und
Lichtschneisen
Klimaausgleich Beeinträchtigung des Kaltuftaustauschs
Klimatischer Ausgleich in ausgeräumten LandschaftenWindschutz, Filterfunktionen für Staub- und
Stoffemissionen
Ertrag GrundwasserabsenkungErhöhung des Humusspiegels
Tiefenlockerung des Bodens durch Regenwürmer
Landschaftserlebnis Sichtbehinderung, Monotonisierung undHomogenisierung
Verbesserung der Landschaftsstruktur
Erhöhung der Landschaftsdiversität und der vertikalenStruktur
Schlussfolgerungen
KUP besitzen ein erhebliches positives ökologisches Potential
Die Bewertung von KUP muss im jeweiligen Landschaftskontext und unter Berücksichtigung von Landschaftsfunktionen erfolgen
Negative Effekte lassen sich durch ein gezieltes Management eingrenzen
In Detailfragen besteht noch erheblicher Forschungsbedarf
Es fehlt noch an klaren Vorgaben und Handlungsanweisungen
Foto: Walotek
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